白光LED简史

白光LED简史
 

        LED是Light Emitting Diode发光二极管的简称。此种组件，无论是信息产品，通讯用品还是消费性家电制品，广泛普遍用于各种电子回路中，通常用来做为“显示状态”的用途。

        使用红光、绿光或蓝光二极管的产品，市面上可以说四处可见。但是使用白光的发光二极管，却很少见，其中是不是有什么技术瓶颈？答案是科技界最喜欢使用的反制招数。因为这是日亚化学工业(Nichia)的独门专利。然而，随着该公司专利战略的不得不变更，白色光LED的市场面以及性能面，有机会演起一场大变格的戏码。市场面的首要冲激变革，即是供给体制的变化。当有更多的竞争者，进入角逐之战场以后，我们可以预期至少会发生几件事情。其一，自然是价格会滑落到一定的合理水平。其二，可以大量的交货，满足市场的需求。其三，品种的种类丰富化。如果以上的推断逻辑成立的话，那么，白色光LED的市场扩大延伸，必然会呈现加速度的上升曲线。
 

日亚中村秀二倒戈 掀起蓝光、白光LED专利权大战

        说到白色光LED，必须延伸说到蓝光LED。而谈到蓝光LED，这又与日亚化学工业的专利世纪大战，有密不可分的影响关系。至于，白色光LED以及蓝光LED，又是存在怎样的你浓我浓的依存关系，稍后再来说明。

        有意思的是，这场专利世纪大战的情节，直逼连续剧般地剧情变化，人事物地俱足，高潮迭起。情节的主轴有二，其一，是专利权本身的战役。其二，是幕后的伟大发明家中村秀二(Shuji Nakamura)先生，琵琶别抱，在劲敌日亚化学Cree公司从事兼职的研究工作，带领Cree开发不同于日亚的蓝光LED技术，向其老东家挑战。

        说起日亚化学工业(Nichia)一向是以专利垄断之战略垄断蓝光LED市场。何以，来个战略的乾坤挪移呢？实际上，日亚化学工业也是被目前的时势所逼，而不得不重新检讨策略上的运用。日亚化学工业在1993年时成功地开发出蓝光LED，据称，其所拥有之相关专利就超过100件以上，而该公司为了达完全垄断蓝光LED市场的企图霸心，即运用了坚守专利的策略，悍然拒绝将该专利授权给其它任何的厂商 ，设下进入市场的专利障碍。日亚挟其在化学工业领域长期研发的优势与专利保护策略，初期很顺利走向垄断蓝光LED市场之路。如同风云中的雄霸一般，野心想独吞天下，成也风云，败也风云。        

         举个实际的发生例子而言，当1998年竞争对手丰田合成(Toyoda Gosei)的氮化物(Nitride)高亮度LED产品在市场上一推出时，日亚就向东京地方法院提起诉讼，指控丰田合成侵害其蓝光LED专利。后来，此案做出裁决，东京地方法院判决专利侵权的案件成立，命令丰田合成公司停止制造与销售其LED产品，并赔偿1亿日元给日亚化学。而对此一判决，丰田合成已经提起上诉。

        第二个实际的案例，发生在1999年，日亚再转移目标对准美国的知名蓝光LED大厂Cree，向东京地方法院指控Cree在日本当地经销商住友商事侵害其产品专利。一场横跨美、日两地的蓝光LED世纪专利大战，就从上一个世纪末延续打到了新世纪，而日亚的蓝光LED垄断之路，越走越崎岖，终究初尝败绩。这项判决实在具有重大的实质意义，一来因为这表示其它的竞争者有机会可以进入蓝光LED的市场，而不至于侵害日亚化学的专利，二来以专利伞独霸的招式，证明不是万灵丹。

        从这几个案例，大家也可以不用付出任何高昂学费， 学到一些宝贵的教训， 他人是如何踢到铁板，又是如何利用招式来面对不利的局势。此事证明了任何坚固如盘石一般的专利布局战略，其它厂商也不是完全没有机会，可以绕过专利地雷自行开创新的局面。这就需要仰赖智能与技术的结晶。
 

白色光LED 2003年出货可达12亿颗
         

         若是从性能层面来思考，要去专注的重点 ，不外乎“发光效率”以及“辉度量度”的特性问题。依据推断，“白光”LED要直逼日光灯的发光效率，可能要到2004年，或提前或延后，这都不是问题，重点是照明器具业者、信息业者、通讯业者，大概已经留意到白色光LED的潜力，过去被视为“罕见的零件”将洗心革面变成普通的泛用组件。

        光效率”的提升，所带来多品种的“白光”LED，恰巧可以迎合携带电话机、PDA、以及照明器材的庞大市场。尤其是携带电话机与照明器材，会因为其巨大的成长，带来“白光”LED无限的商机。2001年的使用量，约有2亿个，2002年估计有6.2亿个的使用量。预估2003年可能有机会急速扩大到12亿个，单价的滑落，当可预期。

        我们用量化的数据，来看“白光”LED的究竟。白热灯泡的发光效率，约落在16lm/W左右，而最常用的日光灯，其发光效率则是从60lm/W(20瓦的直立式灯管)到100lm/W(40瓦的直立式灯管)。办公室或是在学校的场合，大多是100lm/W的日光灯，而在家庭室内的场合 ，60lm/W程度的发光效率，该是可以接受的范围。

        而目前的“白光”LED的发光效率，可以看到30lm/W的产品。由此可见，白光LED的发光效率，还有一段路要走。如果观察日亚化学以及丰田合成的技术规划蓝图，所采用的手段，会从外部发光效率一路延伸到内部发光效率的两个层面，并双管齐下，到了2004年或2005年，应该可以达成50～60lm/W程度的理想范围 。其中，在施予外部发光效率的手法上，可能会是未来的技术主流。依据丰田合成的说词，未来开发的课题，着力点放在“萤光体的改良以及萤光体的涂敷方式的最佳化”。萤光体的涂敷方式，还是有他的Know-how存在，Citizen电子利用混合环氧树脂(Epoxy) 涂敷在萤光体，据称，此种外部发光效率的手法，可以提高大约20%～30%的发光效率。至于以上所说的lm/W，其实就是代表每瓦多少流明的意思。
 

白光LED将取代钨丝灯泡 成为新世代照明用具
         

         白光LED是很多产业分析师或LED产业心目中相当被看好的新兴零件产品。当然，所持的理由是，在全球能源的资源相当有限的的忧虑背景下，白光LED在照明市场的前景备受全球瞩目。欧、美及日本等先进国家也投注许多人力财力，设立专门的机构推动白光LED研究与开发的工作。为什么白光LED会被视为未来的明星零件产品，这当然与他的特殊优势或说是优点，有相当大的关系。

        拿白光LED与传统的白炽钨丝灯泡以及日光灯相互比较，马上见出分晓。LED发光二极管的体积小，可以依据应用对象，允许多颗组合 、发热量其低无比、耗电量又小，寿命又长，而且从环保的面向来观察的话，白光LED可以回收不会变成环境污染的废弃物等，用来传接传统照明器具作为下一个世代的照明器材，白光LED真是不做第二人想。其中，发热量低、耗电量小，都是来自于它“低电压”、“低电流”动作的特点。

        日亚、丰田合成白光LED技术各领风骚而刚才已经谈过一个观念。要阐述白色光LED的技术，就必须先涉及蓝色光LED，这是因为目前白色光LED的技术，与蓝色光LED的技术息息相关的。所谓的“白光”，其实，是由多种颜色经过混合之后而成的光。混合的方式，就构筑成多种多样化的白色光LED。好比说二波长光(蓝色光+YAG系黄色荧光粉)或三波长光(蓝色光+绿色光+红色光)。三波长光，通常是以无机紫外光芯片加R.G.B三颜色萤光体。

        在发光的技术方面，白光LED的发光结构方式是新加入战场竞争者，在产品上加以区隔的重心之一。目前的主力大致有几种。一个是日亚化学(Nichia)以460nm波长的蓝光晶粒涂上一层YAG萤光物质，利用蓝光LED照射此一萤光物质以产生与蓝光互补的555nm波长黄光，再利用透镜原理将互补的黄光、蓝光予以混合，便可得出所需的白光。其次，是日本住友电工开发出以ZnSe为材料的白光LED，不过发光效率较差。

        丰田合成(Toyoda Gosei)与东芝所共同开发的白光LED，是采用紫外光LED与萤光体组合的方式，与一般蓝光LED与萤光体组合的方式做区隔。因为，蓝光LED与萤光体的组合方式 ，当照在红色物体的时候，其红色的色泽效果比较不理想。紫外光LED与萤光体组合可以弥补这个缺点，但是，其发光效率却仍低于蓝光LED与萤光体组合的方式。至于价格与产品寿命，两者差距不大。简单的来说，用四个面向来比较白光LED的差异，不失为一个标性的方法。这四个面向，分别就是“色泽表现能力” ，“发光的效率”，“产品的成本与售价”，“产品的使用寿命期间”。
 

专利解除 大开LED普及应用之门
        

         白光LED的最庞大市场商机，即在于照明器材的市场。其中的关键，笔者推断可能与机器中平均所使用的白光LED数量有密不可分的关系。先从大哥大手机来说起，即使携带电话机的市场规模可以达4亿台，但其白光LED的使用数量，每一支手机却仅有个位数的少数几颗 。以PDA个人数字助理来说，每一台使用白光LED的数量也可能低于十颗，即使成熟又成长快速的笔记型计算机以及液晶显示银幕，每一台所采用白光LED的数量，也不会超过100粒。然而，照明机器所使用的白光LED的数量，却庞大许多许多。而且，照明器材的市场规模，本来就超越信息产业。因此，白光LED的制造数量与生产能力的拉升，看来是箭在弦上。

        目前白光LED的关键技术是LED技术，专利权过去掌握在日亚化等少数厂商手中，日亚化学(Nichia)的专利独家垄断，让白光LED的价格与供应完全由他支配，导致精于量产的业者切入困难。诚如前面所说过，但技术的演进一旦突破日亚化的专利网，目前白光LED所受制的推广困境，应当能够显著改善，并赋予高度的期待。

        姑且如此说，算是本文的小小结语吧！白光LED的时代，大门即将开启。白光LED的贡献者，中村秀二，被媲美爱迪生发明电灯泡的二十世纪末的伟大发明家。然由于横跨两个世纪的专利战，终于让这个门为众生渐渐开启，意思是说，竞争者会陆续加入，价格滑落之快 ，可以预期。毕竟白光LED的优点(包含环保) ，用于照明器材，几乎是Perfect。由于众厂家集中火力“发光效率”以及“辉度量度”的提升，因此，一堆人视为省电照明器材的救世主 。